Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Les noyaux atomiques, des objets quantiques pouvant changer de forme brusquement

Les noyaux atomiques contiennent un nombre fini de protons (Z) et de neutrons (N). La forme du noyau reflète l’organisation interne de ses nucléons et évolue en général graduellement en fonction du nombre de protons et de neutrons. En de rares occasions, cette forme change brusquement si le noyau contient un nucléon de plus ou de moins. C’est une de ces rares transitions abruptes de formes qui a été identifiée entre le noyau de Rubidium-97 (37 protons, 60 neutrons), qui présente une forme très allongée, et le noyau de Krypton-96 (36 protons, 60 neutrons), dont la répartition sphérique des nucléons a été déduite lors de cette expérience. L’étude de ces exceptions est essentielle pour déterminer les caractéristiques spécifiques de la force nucléaire qui assure la cohésion du noyau. Cette transition de forme, actuellement inexpliquée par les modèles théoriques modernes, aidera les physiciens à identifier les composantes clés de la force nucléaire.

C’est l’association de deux spectromètres à la pointe de la technologie, Agata (Advanced GAmma-ray Tracking Array) et Vamos (VAriable MOde magnetic Spectrometer), au Grand Accélérateur National d'Ions Lourds (Ganil) situé à Caen (France), qui a permis d’obtenir ce résultat en sondant la structure intrinsèque de noyaux qui n’existent pas à l’état naturel sur Terre.

Vamos est un spectromètre magnétique dédié à l'identification des noyaux exotiques. La grande acceptance de Vamos (la plus grande à ce jour ) et ses systèmes de détection permettent de collecter et d’identifier très efficacement les noyaux les plus exotiques parmi un grand nombre de noyaux produits par la fission ou le transfert de nucléons à basse énergie (aux alentours de la barrière coulombienne).

Le projet Agata a pour but de construire un spectro­­mètre gamma 4π  d'une nouvelle génération constitué entièrement de détecteurs Germanium. Ces détecteurs multi-segmentés sont sensibles à la position de l'interaction des rayons gamma et permettent ainsi d'obtenir une reconstitution de traces, concept nouveau en spectro­scopie. Ce spectromètre ultime, d'une efficacité et d'une sensitivité inégalées, est adapté aux conditions expérimentales extrêmes de la prochaine génération d'accélérateurs d’ions radioactifs, comme par exemple Spiral2 au Ganil, Fair à GSI et Eurisol, ainsi qu'aux accélérateurs d'ions lourds de très forte intensité à basse énergie (aux alentours de la barrière coulom­bienne).Dans cette expérience, Agata était constitué de 24 détecteurs Germanium correspondant à une couverture  d'1 π de l’angle solide.